基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工藝方法，尤其是一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，屬于半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常見的MEMS紅外光源輻射材料主要是半導(dǎo)體和金屬材料。鉑金屬具有較高的機(jī)械強(qiáng)度但表面易氧化且發(fā)射率較低；金屬氧化物熔點(diǎn)較高但難于制備；多晶硅熱穩(wěn)定性差；黑硅電阻率很難達(dá)到光源發(fā)熱要求。而美國(guó)鳳凰公司利用黑金屬作為輻射材料的MEMS (Micro-Electro-Mechanical System)紅外光源展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，極大的提高了光源的輻射效率，因此黑金屬材料受到了極大地關(guān)注。同時(shí)，高吸收率黑金屬材料也可應(yīng)用于MEMS熱電堆等探測(cè)器。
[0003]就應(yīng)用于MEMS紅外光源而言，雖然黑硅在近紅外波段的高吸收率保證了光源在近紅外波段具有高發(fā)射率，但是黑硅的針狀缺陷會(huì)誘捕載流子，增加載流子的復(fù)合率從而使硅材料電阻率增大，不利于紅外光源實(shí)現(xiàn)電阻自加熱。因此如以黑硅作為輻射材料制作MEMS紅外光源，需要在結(jié)構(gòu)中引入額外的加熱電極，這無(wú)疑增加的器件的復(fù)雜性，提高了成本并降低了器件可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其工藝操作方便，與CM0S-MEMS工藝兼容，制備的黑金屬材料具有較高的輻射效率，高溫穩(wěn)定性好，安全可靠。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，所述黑金屬材料制備方法包括如下步驟:
a、提供所需的黒硅體，所述黒硅體包括基板以及分布在所述基板表面上的若干針狀結(jié)構(gòu)；
b、在上述黒硅體上設(shè)置覆蓋針狀結(jié)構(gòu)的輻射金屬層，以得到所需的黑金屬體。
[0006]所述輻射金屬層通過濺射或蒸鍍覆蓋在針狀結(jié)構(gòu)上。
[0007]所述輻射金屬層的材料為TiN、Pt、Au、T1、Cr中的一種或幾種。
[0008]所述步驟a中，形成黒硅體的過程包括如下步驟: al、提供基板，并在所述基板上沉積得到柱狀的多晶硅；
a2、對(duì)上述基板以及多晶硅進(jìn)行處理，以得到若干隨機(jī)分布的針狀結(jié)構(gòu)。
[0009]所述基板的材料采用硅，在基板上沉積多晶硅的方法包括PLCVD或PECVD。
[0010]所述步驟a2中，對(duì)基板以及多晶硅進(jìn)行處理的方法包括等離子體刻蝕、飛秒激光掃描或腐蝕化學(xué)腐蝕。
[0011]所述基板上針狀結(jié)構(gòu)的高度為2 μηι~5 μπι。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):提供黒硅體，利用黒硅體上針狀結(jié)構(gòu)的保形性沉積輻射金屬層，以得到所需的黑金屬材料，工藝操作方便，與CMOS-MEMS工藝兼容，制備的黑金屬材料具有較高的輻射效率，高溫穩(wěn)定性好，安全可靠。
【附圖說明】
[0013]圖1~圖4為本發(fā)明具體實(shí)施工藝步驟剖視圖，其中圖1為本發(fā)明基板的結(jié)構(gòu)剖視圖。
[0014]圖2為本發(fā)明在基板上制備得到多晶娃后的尚]視圖。
[0015]圖3為本發(fā)明在基板上制備得到針狀結(jié)構(gòu)后的剖視圖。
[0016]圖4為本發(fā)明得到黑金屬體后的剖視圖。
[0017]附圖標(biāo)記說明:1-基板、2-多晶硅、3-針狀結(jié)構(gòu)以及4-輻射金屬層。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0019]如圖1~圖4所示:為了制備的黑金屬材料具有較高的輻射效率，高溫穩(wěn)定性好，且與CMOS-MEMS工藝兼容，本發(fā)明黑金屬材料制備方法包括如下步驟:
a、提供所需的黒硅體，所述黒硅體包括基板I以及分布在所述基板I表面上的若干針狀結(jié)構(gòu)3 ；
具體地，形成黒硅體的過程包括如下步驟:
al、提供基板1，并在所述基板I上沉積得到柱狀的多晶硅2 ;
所述基板I的材料采用硅，在基板I上沉積多晶硅2的方法包括PLCVD(Low PressureChemical Vapor Deposit1n)或 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)。沉積在基板I上的多晶娃2具有$父大的粗造度且晶粒均勾，多晶娃2的晶粒尺寸在100nm~300nm。在娃基板I上沉積得到多晶娃2的方法可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，具體為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0020]a2、對(duì)上述基板I以及多晶硅2進(jìn)行處理，以得到若干隨機(jī)分布的針狀結(jié)構(gòu)3。
[0021]在具體實(shí)施時(shí)，對(duì)基板I以及多晶硅2進(jìn)行處理的方法包括等離子體刻蝕、飛秒激光掃描或腐蝕化學(xué)腐蝕。其中，飛秒激光法制備的黑硅體形貌規(guī)則，但設(shè)備昂貴；而濕法化學(xué)腐蝕法有形貌難以控制和大面積制備一致性差的缺點(diǎn)。等離子體處理相比于飛秒激光處理法，可以獲得更大的作用面積，利于黑硅的易于大規(guī)模制備；相比于濕法化學(xué)腐蝕，等離子體處理形成的黑硅的表面形貌更加均勻，獲得的硅針密度更大且與晶向無(wú)關(guān)。
[0022]在采用等離子體進(jìn)行刻蝕時(shí)，在刻蝕開始后，多晶硅2作為硬掩膜對(duì)硅基板進(jìn)行自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕。由于硬掩膜的存在，處在多晶硅2晶粒的體硅首先被刻掉，而在多晶硅2晶粒正下方的體硅，由于有硬掩膜的覆蓋而不被刻蝕；隨著刻蝕的進(jìn)行，刻蝕速率的差異會(huì)在體硅表面形成隨機(jī)的針狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)多晶硅掩膜耗盡后停止刻蝕以獲得最大的表面起伏；所述基板I上針狀結(jié)構(gòu)3的高度為2 μηι~5 μπι。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，對(duì)于多晶硅2的刻蝕可以通過時(shí)間進(jìn)行控制，一般地，刻蝕時(shí)間為600s~1200s。等離子體刻蝕的氣體選擇Cl2以及SF6氣體，常見的Cl 2刻蝕Si機(jī)理:Si+2Cl2=SiCl4，在刻蝕過程中的產(chǎn)物是固體，刻蝕速率較慢，在等離子體刻蝕處理過程中，對(duì)基板I的損傷較大、一致性差且容易產(chǎn)生層積，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。在Cl2中加入SFfJg夠產(chǎn)生游離的氟原子，活性很輕，容易與Si反應(yīng)產(chǎn)生SiF4，可以增強(qiáng)Cl2、SF6刻蝕體系中的化學(xué)作用，顯著提高刻蝕速率，降低襯底損傷。由于SiF4是氣體，產(chǎn)物容易排出。因此選用(:12和SFJg合氣體來(lái)進(jìn)行Si的刻蝕能夠彌補(bǔ)單組分氣體刻蝕的不足，提高刻蝕的一致性。
[0024]具體工藝條件為:刻蝕功率為300~400 W，刻蝕氣體的壓強(qiáng)為300~500 mtorr ；C12/SF6流量比為8:1~9:1。當(dāng)然，對(duì)于形成不同形狀或高度的針狀結(jié)構(gòu)3，可以選擇不同的等離子體刻蝕工藝條件，具體工藝條件選擇為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0025]b、在上述黒硅體上設(shè)置覆蓋針狀結(jié)構(gòu)3的輻射金屬層4，以得到所需的黑金屬體。
[0026]所述輻射金屬層4通過濺射或蒸鍍覆蓋在針狀結(jié)構(gòu)3上。所述輻射金屬層4的材料為TiN、Pt、Au、T1、Cr中的一種或幾種。在具體實(shí)施時(shí)，真空條件下蒸發(fā)Pt的厚度為50~200nm，輻射金屬層4的厚度可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，此處不再贅述。
[0027]本發(fā)明提供黒硅體，利用黒硅體上針狀結(jié)構(gòu)3的保形性沉積輻射金屬層4，以得到所需的黑金屬材料，工藝操作方便，與CM0S-MEMS工藝兼容，制備的黑金屬材料具有較高的輻射效率，高溫穩(wěn)定性好，安全可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是，所述黑金屬材料制備方法包括如下步驟: (a)、提供所需的黒硅體，所述黒硅體包括基板(I)以及分布在所述基板(I)表面上的若干針狀結(jié)構(gòu)(3); (b)、在上述黒硅體上設(shè)置覆蓋針狀結(jié)構(gòu)(3)的輻射金屬層(4)，以得到所需的黑金屬
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是:所述輻射金屬層(4)通過濺射或蒸鍍覆蓋在針狀結(jié)構(gòu)(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是:所述福射金屬層(4)的材料為TiN、Pt、Au、T1、Cr中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是，所述步驟(a)中，形成黒硅體的過程包括如下步驟: (al)、提供基板(I)，并在所述基板(I)上沉積得到柱狀的多晶硅(2 ); (a2)、對(duì)上述基板(I)以及多晶硅(2)進(jìn)行處理，以得到若干隨機(jī)分布的針狀結(jié)構(gòu)(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是:所述基板(I)的材料米用娃，在基板(I)上沉積多晶娃(2)的方法包括PLCVD或PECVDo
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是:所述步驟(a2)中，對(duì)基板(I)以及多晶硅(2)進(jìn)行處理的方法包括等離子體刻蝕、飛秒激光掃描或腐蝕化學(xué)腐蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，其特征是:所述基板(I)上針狀結(jié)構(gòu)(3)的高度為2 μηι~5 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種工藝方法，尤其是一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，屬于半導(dǎo)體的技術(shù)領(lǐng)域。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，一種基于自對(duì)準(zhǔn)等離子體刻蝕工藝的黑金屬材料制備方法，所述黑金屬材料制備方法包括如下步驟：a、提供所需的黒硅體，所述黒硅體包括基板以及分布在所述基板表面上的若干針狀結(jié)構(gòu)；b、在上述黒硅體上設(shè)置覆蓋針狀結(jié)構(gòu)的輻射金屬層，以得到所需的黑金屬體。本發(fā)明工藝操作方便，與CMOS-MEMS工藝兼容，制備的黑金屬材料具有較高的輻射效率，高溫穩(wěn)定性好，安全可靠。
【IPC分類】B81C1-00
【公開號(hào)】CN104555903
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510031824
【發(fā)明人】張宇, 任耀輝, 歐文, 明安杰, 袁鋒
【申請(qǐng)人】江蘇物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月21日